Работа с CASE-средствами BPwin, ERwin: методическая разработка
Подождите немного. Документ загружается.
Атрибут или группа атрибутов, которые идентифицируют сущность, называется первичным
ключом. Для описания атрибутов следует, «кликнув» правой кнопкой по сущности, выбрать в
появившемся меню пункт Attributes. Появляется диалог Attributes (рис.37).
Рис.37.
Если щелкнуть по кнопке New…, то в появившемся диалоге New Attribute можно указать имя
атрибута, имя соответствующей ему в физической модели колонки и домен. Домен атрибута будет
использоваться при определении типа колонки на уровне физической модели (рис.38).
Рис.38.
Для атрибутов первичного ключа в закладке General диалога Attributes необходимо сделать
пометку в окне выбора Primary Key.
Закладка Datatype позволяет выбрать тип атрибута.
Закладка Definition позволяет записывать определения отдельных атрибутов. Определения
атрибутов можно также сгенерировать как часть схемы (CREATE COMMENT on
entity_name.attribute_name). Закладка Note позволяет добавлять замечания об одном или
нескольких атрибутах сущности,
которые не вошли в определения. Закладка UDP служит для
задания значений свойств, определяемых пользователем. Предварительно эти свойства должны
быть внесены в диалог User-Defined Property dictionary как свойства атрибутов.
Для большей наглядности диаграммы каждый атрибут можно связать с иконкой. При помощи
списка выбора Icon в закладке General можно связать иконку с атрибутом.
Очень важно дать атрибуту правильное имя. Атрибуты должны именоваться в единственном
числе и иметь четкое смысловое значение. Соблюдение этого правила позволяет частично решить
проблему нормализации данных уже на этапе определения атрибутов. Согласно синтаксису
IDEF1X имя атрибута должно быть уникально в рамках модели (а не только в рамках сущности!).
Каждый атрибут должен
быть определен (закладка Definition), при этом следует избегать
циклических определений, например, когда термин 1 определяется через термин 2, термин 2 –
через термин 3, а термин 3 в свою очередь – через термин 1.
Иногда определение атрибута легче дать через описание области значение. Например, оценка
школьника – это число, принимающее значения 2, 3, 4 и 5.
Часто приходится создавать производные атрибуты, то есть
атрибуты, значение которых можно
вычислять из других атрибутов. Примером производного атрибута может служить Возраст
клиента, который может быть вычислен из атрибута Дата рождения клиента. Такой атрибут
может привести к конфликтам; действительно, если вовремя не обновить значение атрибута
Возраст клиента, он может противоречить значению атрибута Дата рождения клиента.
Производные атрибуты – ошибка нормализации
, однако, их вводят для повышения
производительности системы.
Связи
Связь является логическим соотношением между сущностями. Каждая связь должна именоваться
глаголом или глагольной фразой (рис.39).
Рис.39.
Имя связи выражает некоторое ограничение или бизнес-правило и облегчает чтение диаграммы,
например:
Каждый КЛИЕНТ <вносит/снимает> средства.
Связь показывает, какие именно действия делает клиент. По умолчанию имя связи на диаграмме
не показывается. Для отображения имени следует в контекстном меню, которое появляется, если
щелкнуть левой кнопкой мыши по любому
месту диаграммы, не занятому объектами модели,
выбрать пункт Relationship Display и затем включить опцию verb Phrase.
На логическом уровне можно установить идентифицирующую связь один-ко-многим, связь
многие-ко-многим и неидентифицирующую связь один-ко-многим (соответственно это кнопки
слева направо в палитре инструментов).
В IDEF1X различают зависимые и независимые сущности. Тип сущности
определяется ее
связью с другими сущностями. Идентифицирующая связь устанавливается между независимой
(родительский конец связи) и зависимой (дочерний конец связи) сущностями. Когда рисуется
идентифицирующая связь. ERwin автоматически преобразует дочернюю сущность в зависимую.
Зависимая сущность изображается прямоугольником со скругленными углами (рис.40).
Рис.40.
Экземпляр зависимой сущности определяется только через отношение к родительской сущности.
При установлении идентифицирующей связи атрибуты первичного ключа родительской сущности
автоматически переносятся в состав первичного ключа дочерней сущности. Эта операция
дополнения атрибутов дочерней сущности при создании связи называется миграцией атрибутов. В
дочерней сущности новые атрибуты помечаются как внешний ключ – (FK).
В дальнейшем, при генерации схемы БД, атрибуты первичного ключа получат признак NOT
NULL, что означает невозможность внесения записи в таблицу заказов
без информации о номере
клиента.
При установлении неидентифицирующей связи дочерняя сущность остается независимой, а
атрибуты первичного ключа родительской сущности мигрируют в состав неключевых
компонентов родительской сущности. Неидентифицирующая связь (Рис. 41) служит для
связывания независимых сущностей.
Рис.41.
Идентифицирующая связь показывается на диаграмме сплошной линией с жирной точкой на
дочернем конце связи, неидентифицирующая – пунктирной.
Для создания новой связи следует:
* установить курсор на нужной кнопке в палитре инструментов (идентифицирующая или
неидентифицирующая связь) и нажать левую кнопку мыши;
* щелкнуть сначала по родительской, а затем по дочерней сущности.
Для
редактирования свойств связи следует “кликнуть” правой кнопкой мыши по связи и выбрать
на контекстном меню пункт Relationship Properties (рис.42).
Рис.42.
В закладке General появившегося диалога можно задать мощность, имя и тип связи.
Мощность связи (Cardinality) – служит для обозначения отношения числа экземпляров
родительской сущности к числу экземпляров дочерней.
Различают четыре типа мощности:
Общий случай, когда одному экземпляру родительской сущности
соответствуют 0, 1 или много экземпляров дочерней сущности, не помечается
каким-либо символом;
Символом P помечается случай, когда одному экземпляру родительской
сущности соответствуют 1 или много экземпляров дочерней сущности
(исключено нулевое значение);
Символом Z помечается случай, когда одному экземпляру родительской
сущности соответствуют 0 или 1 экземпляр дочерней сущности (исключены
множественные значения);
Цифрой помечается случай точного соответствия, когда одному экземпляру
родительской сущности соответствует заранее заданное число экземпляров
дочерней сущности.
По умолчанию символ, обозначающий мощность связи, не показывается на диаграмме. Для
отображения имени следует в контекстном меню, которое появляется, если щелкнуть левой
кнопкой мыши по любому месту диаграммы, не занятому объектами модели, выбрать пункт
Relationship Display и затем включить опцию Cardinality.
Имя связи (Verb Phrase) – фраза, характеризующая отношение между родительской и дочерней
сущностями
. Для связи один-ко-многим идентифицирующей или неидентифицирующей
достаточно указать имя, характеризующее отношение от родительской к дочерней сущности
(Parent-to-Child). Для связи многие-ко-многим следует указывать имена как Parent-to-Child так
и Child-to-Parent.
Тип связи (идентифицирующая/неидентифицирующая). Для неидентифицирующей связи
можно указать обязательность (Nulls). В случае обязательной связи (No Nulls) при генерации
схемы БД атрибут внешнего ключа получит признак NOT NULL, несмотря на то, что внешний
ключ не войдет в состав первичного ключа дочерней сущности. В случае необязательной связи
(Nulls Allowed) внешний ключ может принимать значение NULL. Необязательная
неидентифицирующая связь помечается прозрачным ромбом со стороны родительской сущности.
В закладке Definition можно дать более полное
определение связи для того, чтобы в дальнейшем
иметь возможность на него ссылаться.
В закладке Rolename можно задать имя роли.
В закладке RI Actions правила ссылочной целостности.
Имя роли (функциональное имя) – это синоним атрибута внешнего ключа, который показывает,
какую роль играет атрибут в дочерней сущности. По умолчанию в списке атрибутов показывается
только имя
роли. Для отображения полного имени атрибута (как функционального имени, так и
имени роли) следует в контекстном меню, которое появляется, если щелкнуть левой кнопкой
мыши по любому месту диаграммы, не занятому объектами модели, выбрать пункт Entities
Display и затем включить опцию Attribute. Полное имя показывается как функциональное имя и
базовое имя,
разделенные точкой.
Обязательным является применение имен ролей в том случае, когда два или более атрибутов
одной сущности определены по одной и той же области, т. е. Они имеют одинаковую область
значений, но разный смысл.
Другим примером обязательности присвоения имен ролей являются рекурсивные связи (иногда
их называют «рыболовный крючок» – fish hook), когда одна
и та же сущность является и
родительской и дочерней одновременно. При задании рекурсивной связи атрибут должен
мигрировать в качестве внешнего ключа в состав неключевых атрибутов той же сущности.
Атрибут не может появиться дважды в одной сущности под одним именем, поэтому обязательно
должен получить имя роли. Рекурсивная связь может быть только
неидентифицирующей.
Вид рекурсивной связи, называющийся иерархической рекурсией, задает связь, когда экземпляр
родительской сущности может иметь множество экземпляров дочерней сущности, но экземпляр
дочерней сущности может иметь только один экземпляр родительской сущности.
Другим видом рекурсии является сетевая рекурсия, когда экземпляр родительской сущности
может иметь множество экземпляров дочерней сущности и, наоборот, экземпляр дочерней
сущности
может иметь множество экземпляров родительской сущности. Сетевая рекурсия задает
паутину отношений между экземплярами родительской и дочерней сущностей. Это случай, когда
сущность находится сама с собой в связи многие-ко-многим. Для разрешения связи многие-ко-
многим необходимо создать новую сущность.
Если атрибут мигрирует в качестве внешнего ключа более, чем на один
уровень, то на первом
уровне отображается полное имя внешнего ключа (имя роли + базовое имя атрибута), на втором и
более – только имя роли.
Правила ссылочной целостности (referential integrity (RI)) – логические конструкции, которые
выражают бизнес-правила использования данных и представляют собой правила вставки, замены
и удаления. При генерации схемы БД на основе опций логической
модели, задаваемых в закладке
Rolename/RI Actions, будут сгенерированы правила декларативной ссылочной целостности,
которые должны быть предписаны для каждой связи, и триггеры, обеспечивающие ссылочную
целостность. Триггеры представляют собой программы, выполняемые всякий раз при
выполнении команд вставки, замены или удаления (INSERT, UPDATE или DELETE).
Правила удаления управляют тем, что будет происходить в БД при удалении
строки. Аналогично
правила вставки и обновления управляют тем, что будет происходить с БД, если строки
изменяются или добавляются.
Erwin автоматически присваивает каждой связи значение ссылочной целостности,
устанавливаемой по умолчанию, прежде чем добавить ее в диаграмму. Режимы RI, присваиваемые
Erwin по умолчанию, могут быть изменены в редакторе Triggers, который вызывается, если
щелкнуть
по кнопке Table Triggers… диалога RI Triggers (меню Database/RI Triggers…) рис.43.
Рис.43.
Связь многие-ко-многим возможно только на уровне логической модели данных. Такая связь
обозначается сплошной линией с двумя точками на концах (рис.44).
Рис.44.
Для внесения связи следует установить курсор на кнопке с изображением сплошной линии с
двумя точками на концах в палитре инструментов, щелкнуть сначала по одной, а затем по другой
сущности.
Связь многие-ко-многим должна именоваться двумя фразами – в обе стороны. Это облегчает
чтение диаграммы.
При переходе к физическому уровню ERwin
автоматически преобразует связь многие-ко-многим,
добавляя новую таблицу и устанавливая две новые связи один-ко-многим от старых к новой
таблице. При этом имя новой таблице автоматически присваивается как «Имя1_Имя2».
Типы сущностей и иерархия наследования
Как было указано выше, связи определяют, является ли сущность независимой или зависимой.
Различают
несколько типов зависимых сущностей:
Характеристическая
– зависимая дочерняя сущность, которая связана только
с одной родительской и по смыслу хранит информацию
о характеристиках родительской сущности.
Ассоциативная
– сущность, связанная с несколькими родительскими
сущностями. Такая сущность содержит информацию о
связях сущностей.
Именующая
– частный случай ассоциативной сущности, не
имеющей собственных атрибутов (только атрибуты
родительских сущностей, мигрировавших в качестве
внешнего ключа).
Категориальная
– дочерняя сущность в иерархии наследования.
Иерархия наследования (или иерархия категорий) представляет собой особый тип объединения
сущностей, которые разделяют общие характеристики.
Обычно иерархию наследования создают, когда несколько сущностей имеют общие по смыслу
атрибуты, либо когда сущности имеют общие по смыслу связи, либо когда это диктуется бизнес-
правилами.
Для каждой категории можно указать дискриминатор – атрибут родового предка,
который
показывает, как отличить одну категориальную сущность от другой.
Иерархии категорий делятся на два типа – полные и неполные. В полной категории (Рис. 26)
одному экземпляру родового предка обязательно соответствует экземпляр в каком-либо потомке.
Если категория еще не выстроена полностью и в родовом предке могут существовать экземпляры,
которые не имеют соответствующих
экземпляров в потомках, то такая категория будет неполной
Полная категория помечается кружком с двумя горизонтальными чертами, неполная – кружком с
одной чертой. Возможна комбинация полной и неполной категорий (рис.45).
Рис.45.
Для создания категориальной связи следует:
1. установить курсор на кнопке с изображением кружка и двух горизонтальных черт в палитре
инструментов и нажать левую кнопку мыши;
2. щелкнуть сначала по родовому предку, а затем по потомку;
3. для установления второй связи в иерархии категории следует сначала щелкнуть по символу
категории, затем по
второму потомку.
Для редактирования категорий нужно щелкнуть правой кнопкой мыши по символу категории и
выбрать в контекстном меню пункт Subtype Relationship…. В диалоге Subtype Relationship
можно указать атрибут – дискриминатор категории (список Discriminator Attribute Choice) и тип
категории – полная/неполная (радиокнопки Complete/Incomplete) рис.46.
Рис.46.
Рассмотрим возможные стадии построения иерархии наследования.
Определение сущностей с общими (по определению) атрибутами:
Перенос общих
атрибутов в
сущность –
родовой предок.
В случае обнаружения совпадающих по смыслу атрибутов
следует создать новую сущность – родовой предок и
перенести в нее общие атрибуты.
Создание
неполной
структуры
категорий.
Создается категориальная связь от новой сущности –
родового предка к старым сущностям – потомкам. Новая
сущность дополняется атрибутом-дискриминатором
категории.
Создание полной
структуры
категорий.
Проводится дополнительный поиск сущностей, имеющих
общие по смыслу атрибуты с родовым предком.
Общие атрибуты переносятся в родового предка и
категория преобразуется в полную (признак полной
категории устанавливается в диалоге Subtype Relationship).
Комбинации
полной и
неполной
структур
категорий.
При необходимости создание иерархии категорий можно
продолжить. Для каждого потомка может найтись сущность
с общими атрибутами, тогда сущность – потомок
становится родовым предком для новых потомков, и т.д.
Ключи
Каждый экземпляр должен быть уникален и отличаться от других атрибутов.
Первичный ключ (primary key) – это атрибут или группа атрибутов, однозначно
идентифицирующая экземпляр сущности. Атрибуты первичного ключа на диаграмме не требуют
специального обозначения – это те атрибуты, которые находятся в списке атрибутов выше
горизонтальной линии. При внесении нового атрибута в диалоге Attribute Editor для
того, чтобы
сделать его атрибутом первичного ключа, нужно включить флажок Primary Key в нижней части
закладки General. На диаграмме неключевой атрибут можно внести в состав первичного ключа,
воспользовавшись режимом переноса атрибутов (кнопка в палитре инструментов).
Выбор первичного ключа может оказаться непростой задачей, решение которой может повлиять
на эффективность будущей ИС. В одной
сущности могут оказаться несколько атрибутов или
набор атрибутов, претендующих на роль первичного ключа. Такие претенденты называются
потенциальными ключами (candidate key).
Ключи могут быть сложными, т.е. содержащими несколько атрибутов. Сложные первичные
ключи не требуют специального обозначения – это список атрибутов выше горизонтальной линии.
Для того, чтобы стать первичным, потенциальные ключ должен удовлетворять ряду
требований:
Уникальность. Два экземпляра не должны иметь одинаковых значений возможного ключа.
Компактность. Сложный возможный ключ не должен содержать ни одного атрибута, удаление
которого не приводило бы к утрате уникальности.
При выборе первичного ключа предпочтение должно отдаваться более простым ключам, т.е.
ключам, содержащим меньшее количество атрибутов.
Атрибуты ключа не должны
содержать нулевых значений. Если для обеспечения уникальности
необходимо дополнить потенциальный ключ дополнительными атрибутами, то они не должны
содержать нулевых значений.
Значение атрибутов ключа не должно меняться в течение всего времени существования
экземпляра сущности.
Каждая сущность должна иметь, по крайней мере, один потенциальный ключ. Многие сущности
имеют только один потенциальный ключ.
Такой ключ становится первичным. Некоторые
сущности могут иметь более одного возможного ключа. Тогда один из них становится первичным,
а остальные альтернативными ключами. Альтернативный ключ (Alternate Key) – это
потенциальный ключ, не ставший первичным. ERwin позволяет выделить атрибуты
альтернативных ключей, и по умолчанию в дальнейшем при генерации схемы БД по этим
атрибутам будет генерироваться
уникальный индекс.
При работе ИС часто бывает необходимо обеспечить доступ к нескольким экземплярам сущности,
объединенных каким-либо одним признаком. Для повышения производительности в этом случае
используются неуникальные индексы. ERwin позволяет на уровне логической модели назначить
атрибуты, которые будут участвовать в неуникальных индексах. Атрибуты, участвующие в
неуникальных индексах, называются Inversion Entries (инверсионные входы).
Inversion Entry –
это атрибут или группа атрибутов, которые не определяют экземпляр сущности уникальным
образом, но часто используются для обращения к экземплярам сущности. ERwin генерирует
неуникальный индекс для каждого Inversion Entry.
Создать альтернативные ключи и инверсионные входы можно в закладке Key Group диалога
Attribute Editor. Если щелкнуть по кнопке со знаком (…), расположенной в правой верхней части
закладки, вызывается диалог Key Group Editor. В верхней части диалога находится список
ключей, в нижней – список атрибутов, доступных для включения в состав ключа (слева), и список
ключевых атрибутов. Каждый вновь созданный
ключ должен иметь хотя бы один атрибут. Для
включения атрибута в состав ключа следует выделить его в левом списке и щелкнуть по кнопке со
стрелкой.
Для создания нового ключа следует щелкнуть по кнопке New…. Появляется диалог New Key
Group. Имя нового ключа присваивается автоматически (“Alternate Key N” для альтернативного
ключа и “Inversion Entry N” для инверсионного
входа, где N – порядковый номер ключа).
Каждому ключу соответствует индекс, имя которого также присваивается автоматически
(“XAKNENTITY” для альтернативного ключа и “XIENENTITY” для инверсионного входа, где N
– порядковый номер ключа, ENTITY – имя сущности). Имена ключа и индекса при желании
можно изменить вручную (рис.48).
Рис.48.
На диаграмме (Рис. №) атрибуты альтернативных ключей обозначаются как (FK). Когда
альтернативный ключ содержит несколько атрибутов, (AKn.m) ставится после каждого. На Рис.
Атрибуты nom_schot – основной ключ и входит в альтернативный ключ 1, id_operation -
альтернативный ключ №1 и внешний ключ, id_client - внешний ключ №2. Если один атрибут
входит в состав нескольких ключей, ключи
перечисляются в скобках через запятую (атрибут
id_operation входит в состав АК1 и FK1). По умолчанию номера альтернативных ключей рядом с
именем атрибута на диаграмме не показываются. Для отображения номера следует в контекстном
меню, которое появляется, если щелкнуть правой кнопкой мыши по любому месту диаграммы, не
занятому объектами модели, выбрать пункт контекстного меню
Entity Display и затем включить
опцию Alternate Key Designator (AK).
Внешние ключи (Foreign Key) создаются автоматически, когда связь соединяет сущности: связь
образует ссылку на атрибуты первичного ключа в дочерней сущности, и эти атрибуты образуют
внешний ключ в дочерней сущности (миграция ключа). Атрибуты внешнего ключа обозначаются
символом (FK) после своего имени.
Зависимая сущность может иметь один
и тот же внешний ключ из нескольких родительских
сущностей. Сущность может также получить один и тот же внешний ключ несколько раз от
одного и того же родителя через несколько разных связей. Когда ERwin обнаруживает одно из
этих событий, он распознает, что два атрибута одинаковы, и помещает атрибут внешнего ключа в
зависимой
сущности только один раз. Хотя в закладке Key Group диалога Attribute этот атрибут
будет входить в два внешних ключа, на диаграмме он показывается только один раз. Это
комбинирование или объединение идентичных атрибутов называется унификацией.
Унификация производится, поскольку правила нормализации запрещают существование в одной
сущности двух атрибутов с одинаковыми именами.
Когда унификация
нежелательна (например, когда два атрибута имеют одинаковые имена, но на
самом деле они отличаются по смыслу и необходимо, чтобы это отличие отражалось в диаграмме),
нужно использовать имена ролей атрибутов внешнего ключа.
Нормализация данных
Нормализация – процесс проверки и реорганизации сущностей и атрибутов с целью
удовлетворения требований к реляционной модели данных. Нормализация
позволяет быть
уверенным, что каждый атрибут определен для своей сущности, значительно сократить объем
памяти для хранения информации и устранить аномалии в организации хранения данных. В
результате проведения нормализации должна быть создана структура данных, при которой
информация о каждом факте хранится только в одном месте. Процесс нормализации сводится к
последовательному приведению структуры данных к нормальным формам – формализованным
требованиям к организации данных [1]. Известны шесть нормальных форм:
* первая нормальная форма (1NF);
* вторая нормальная форма (2NF);
* третья нормальная форма (3NF);
* нормальная
форма Бойса-Кодда (усиленная 3NF);
* четвертая нормальная форма (4NF);
* пятая нормальная форма (5NF).
На практике обычно ограничиваются приведением данных к третьей нормальной форме (полная
атрибутивная модель, FA).
Нормальные формы основаны на понятии функциональной зависимости (в дальнейшем будет
использоваться термин «зависимость»).
Функциональная зависимость (FD). Атрибут В сущности Е функционально зависит от атрибута
А сущности
Е тогда и только тогда, когда каждое значение А и Е связало с ним точно одно
значение В и Е, т.е. А однозначно определяет В.
Полная функциональная зависимость. Атрибут В сущности Е полностью функционально
зависит от ряда атрибутов А сущности Е тогда и только тогда, когда В функционально зависит
от
А и не зависит ни от какого подряда А. Функциональные зависимости определяются бизнес
правилами предметной области.
Первая нормальная форма (1NF). Сущность находится в первой нормальной форме тогда и
только тогда, когда все атрибуты содержат атомарные значения. Среди атрибутов не должно
встречаться повторяющихся групп, т.е. несколько значений для каждого экземпляра.
Другой
ошибкой нормализации является хранение в одном атрибуте разных по смыслу значений.
Для приведения сущности к первой нормальной форме следует:
* разделить сложные атрибуты на атомарные;
* создать новую сущность;
* перенести в нее все «повторяющиеся» атрибуты;
* выбрать возможный ключ для нового РК (или создать новый РК);
* установить идентифицирующую связь от
прежней сущности к новой, РК прежней сущности
станет внешним ключом (FK) для новой сущности.
Вторая нормальная форма (2NF). Сущность находится во второй нормальной форме, если она
находится в первой нормальной форме, и каждый неключевой атрибут полностью зависит от
первичного ключа (не должно быть зависимости от части ключа). Вторая нормальная форма имеет
смысл
только для сущностей, имеющих сложный первичный ключ.
Для приведения сущности ко второй нормальной форме следует:
* выделить атрибуты, которые зависят только от части первичного ключа, создать новую
сущность;
* поместить атрибуты, зависящие от части ключа, в их собственную (новую) сущность;
* установить идентифицирующую связь от прежней сущности к новой.
Третья нормальная форма
(3NF). Сущность находится в третьей нормальной форме, если она
находится во второй нормальной форме и никакой неключевой атрибут не зависит от другого
неключевого атрибута (не должно быть взаимозависимости между неключевыми атрибутами).
Для приведения сущности к третьей нормальной форме следует:
* создать новую сущность и перенести в нее атрибуты с одной и
той же зависимостью от
неключевого атрибута;
* использовать атрибут(ы), определяющий эту зависимость, в качестве первичного ключа новой
сущности;
* установить неидентифицирующую связь от новой сущности к старой.
В третьей нормальной форме каждый атрибут сущности зависит от ключа, от всего ключа
целиком и ни от чего другого, кроме как от ключа.
Домены